信息化背景下綜合設(shè)計性虛擬仿真實驗評價系統(tǒng)構(gòu)建

褚震芳 高魁 烏仁齊木格 王韻斐 陳秋菊 王劍飛

摘? 要：為對綜合設(shè)計性虛擬仿真實驗進行有效的評價建立實驗評價系統(tǒng)。研究分析目前已有的在線開放課程評價體系和虛擬仿真實驗的系統(tǒng)架構(gòu)，把多元智能理論和學(xué)習(xí)結(jié)果分類理論應(yīng)用于虛擬仿真實驗評價系統(tǒng)中，構(gòu)建包括理論知識維度、思維創(chuàng)新維度、實驗技能測試維度和情感態(tài)度維度等多個維度的綜合設(shè)計性虛擬仿真實驗評價體系。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗測試;多元化評價;評價體系;在線開放課程;系統(tǒng)架構(gòu)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）01-0086-04

Abstract： In order to establish an effective evaluation system for integrated design virtual simulation experiments， this paper studies and analyzes the existing evaluation system of open online courses and the system architecture of Virtual Simulation Experiment. At the same time， this study applies the theory of multiple intelligences and the theory of learning results classification to the evaluation system of Virtual Simulation Experiment， and constructs a comprehensive design evaluation system of virtual simulation experiment， including theoretical knowledge dimension， thinking innovation dimension， experimental skill test dimension， emotional attitude dimension and other dimensions.

Keywords： virtual simulation experiment test; diversified evaluation; evaluation system; open online courses; system structure

虛擬仿真實驗教學(xué)項目是將教育信息化技術(shù)與傳統(tǒng)實驗的實驗室教學(xué)進行深度結(jié)合而形成的新型實驗教學(xué)模式[1-2]。其是在教育部“深化信息化教育教學(xué)改革、實現(xiàn)高等教育變軌超車”的重要思想指導(dǎo)下產(chǎn)生的[1]。虛擬仿真實驗教學(xué)開展的目的是為了提高信息化教育水平和在線實驗教學(xué)開展的質(zhì)量，促進信息化的高等教育創(chuàng)新性發(fā)展。2018年6月，教育部認(rèn)定了首批來自91所高校的105個國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目。目前，數(shù)字虛擬仿真實驗技術(shù)在動物實驗中的應(yīng)用，對彌補實驗場地的不足和實驗儀器缺乏等問題發(fā)揮了重要作用[3-4]。但目前已經(jīng)建立的虛擬仿真實驗項目中，缺乏虛擬仿真實驗的評價系統(tǒng)，尤其缺少綜合設(shè)計性虛擬仿真項目的綜合性實驗的評價體系，這使得學(xué)生的創(chuàng)新思維能力得不到有效的訓(xùn)練和培養(yǎng)。隨著教育信息化發(fā)展和虛擬仿真實驗技術(shù)的不斷發(fā)展建設(shè)，虛擬仿真實驗教學(xué)已經(jīng)逐漸成為目前高校動物實驗教學(xué)的熱門工具[5]。與傳統(tǒng)的線下動物實驗教學(xué)相比，虛擬仿真實驗項目具有實驗動物、實驗器材及耗材的成本低、實驗操作的重復(fù)性和安全性好，且沒有時間和場地的限制等突出的優(yōu)點[3，5]。這些優(yōu)點使得學(xué)生和老師能夠隨時隨地地通過虛擬仿真實驗平臺進行實驗的學(xué)習(xí)和操作。這些都給高校實驗教學(xué)的順利開展帶來了便利，但虛擬仿真實驗評價體系的不配套也使得教師不能對學(xué)生的線上學(xué)習(xí)和操作實驗的過程做出準(zhǔn)確有效的評價。

本課題希望基于虛擬仿真技術(shù)將機能學(xué)實驗項目技術(shù)碎片化，分解為功能相對單一的操作單元，達到可以自由設(shè)計的目的，然后在此基礎(chǔ)上建立可設(shè)計性虛擬仿真綜合性實驗評價體系，可以有效培養(yǎng)和訓(xùn)練高校學(xué)生綜合實驗?zāi)芰?，形成開放有效的高等教育信息化實驗項目體系。

一? 相關(guān)研究現(xiàn)狀

（一）? 在線評價體系研究現(xiàn)狀

目前高速發(fā)展的教育信息化使在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)迅速發(fā)展。其具有非常突出的優(yōu)點，既突破了教育的時間和空間的限制，又可以將內(nèi)容繁多、理解困難的知識點重復(fù)學(xué)習(xí)。因此在線教學(xué)已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代教育教學(xué)中的重要方式之一。但是由于在線課程學(xué)習(xí)時間和地點較靈活、學(xué)習(xí)者獨立性較強，從而使得教師對教學(xué)效果難以進行客觀的評價和準(zhǔn)確的把握。目前在教學(xué)研究中，很多教師已經(jīng)意識到在線學(xué)習(xí)需要建立全面的評價體系。

目前在教學(xué)中應(yīng)用比較普遍的是交互式柯氏在線學(xué)習(xí)評價體系[3，5];包括針對課程資源、知識效果、交流協(xié)作和學(xué)習(xí)態(tài)度四個指標(biāo)進行評價而構(gòu)成的形成性評價體系[5];另外還有從知識與技能、情感態(tài)度、學(xué)習(xí)過程三個層面建立起來的三維教學(xué)評價[5];以及從開展在線課程學(xué)習(xí)的行為、學(xué)生的滿意度、學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)結(jié)果三個方面建立起來的在線學(xué)習(xí)績效評價指標(biāo)體系[5-7]。目前，在線課程的評價體系不斷發(fā)展完善。因此本研究首先分析了已經(jīng)存在的在線評價體系的指標(biāo)及評價體系的優(yōu)點，以這些為基礎(chǔ)，開展了綜合設(shè)計性模擬仿真實驗評價體系的研究。

（二）? 虛擬仿真評價體系研究趨勢和現(xiàn)狀

目前在教育部倡導(dǎo)的“深化信息化教育教學(xué)改革”指導(dǎo)思想的大力支持下，國內(nèi)的虛擬仿真實驗項目及實驗中心平臺已大量建立，但是對于虛擬仿真實驗項目的評價系統(tǒng)的研究較少[7]。而通過實驗報告來評價實驗教學(xué)效果的web 實驗報告評價系統(tǒng)是目前應(yīng)用較普遍的[8]。另外還有以考試成績來評價學(xué)習(xí)效果的實驗考試評價系統(tǒng)[8-9];還有學(xué)習(xí)行為評價系統(tǒng)，學(xué)習(xí)行為評價系統(tǒng)是基于UTAUT 模型的以學(xué)習(xí)行為影響因素而建立的虛擬仿真評價系統(tǒng)[8]。由此可見，現(xiàn)有的虛擬仿真實驗項目評價系統(tǒng)，大多是以虛擬仿真實驗結(jié)果的評價或者是針對在開展教學(xué)過程和學(xué)習(xí)過程的某個單一的影響因素進行評價。而針對實驗全過程和虛擬仿真實驗教學(xué)過程及學(xué)習(xí)過程的影響因素的評價模型研究較少，因此如何實現(xiàn)在虛擬仿真實驗中，針對學(xué)習(xí)效果的合理性、全面性、系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)過程進行有效評價，建立綜合性虛擬仿真實驗教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)，成為目前需要解決的問題。

二? 虛擬仿真實驗評價體系建立原則

霍華德·加德納的多元智能理論認(rèn)為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程存在著九種基本的智能，包括言語智能、數(shù)理邏輯、空間、運動、音樂、人際、內(nèi)省、自然探索和存在等[9]。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)差異是由這九種智能不同的組合而產(chǎn)生的結(jié)果[9]。而加涅的學(xué)習(xí)結(jié)果分類理論從學(xué)習(xí)態(tài)度、運動技能的提升、言語信息的再現(xiàn)、智慧技能和認(rèn)知策略五個方面評定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[8，10]。我們以多元智能理論、學(xué)習(xí)結(jié)果分類理論為指導(dǎo)，歸納出虛擬仿真實驗評價體系的建立原則，從評價言語、數(shù)學(xué)邏輯的角度采用理論知識的再現(xiàn)來評價、針對智慧技能和空間及內(nèi)省采用虛擬實驗技能的維度進行評價和針對學(xué)習(xí)態(tài)度及人際等因素采用情感態(tài)度這個維度來評價和針對自然探索和認(rèn)知策略方面采用思維創(chuàng)新維度來進行評價[5，10]。因此在虛擬仿真實驗環(huán)境中建立這四個維度的虛擬仿真實驗評價體系具有如下幾個方面的特點：①評價方式的多樣化。加入情感態(tài)度和價值觀的評價，并將實驗過程影響因素和實驗結(jié)果影響因素設(shè)定評價標(biāo)準(zhǔn)，將這些過程性評價加入評價體系。構(gòu)建定性評價與定量評價相結(jié)合的多樣化的評價方式[11]。②評價主體的多元化。為了實現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的全方位評價，綜合設(shè)計性虛擬仿真實驗評價系統(tǒng)要將學(xué)生作為主要的評價主體，同時結(jié)合老師在教學(xué)過程中的應(yīng)用情況進行評價。評價系統(tǒng)匹配虛擬仿真實驗學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)，建立三方的多元化的評價體系[11]。③評價體系具有可操作性和科學(xué)性?？刹僮餍院涂茖W(xué)性是評價系統(tǒng)應(yīng)具有的重要因素，必須保證其科學(xué)合理性和容易操作的特點。

三? 綜合設(shè)計性虛擬仿真實驗?zāi)Ｐ蜆?gòu)建及評價系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬仿真實驗教學(xué)從根本上來說，是將傳統(tǒng)的實驗教學(xué)在信息化的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中開展，而鑒于虛擬仿真實驗教學(xué)的特殊性，實驗的評價指標(biāo)也與傳統(tǒng)的評價指標(biāo)有一些異同。

（一）? 模型構(gòu)建

1? 設(shè)計性虛擬仿真實驗?zāi)Ｐ?/p>

開展虛擬仿真實驗的一般過程包括：實驗項目的規(guī)劃、實驗的前期準(zhǔn)備、實驗過程的實施和實驗結(jié)果的分析這四個階段。我們分析在不同階段內(nèi)部各要素之間的規(guī)律和要求，制定相應(yīng)的評價指標(biāo)。如圖1所示。

2? 設(shè)計性虛擬仿真實驗評價系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬仿真實驗評價系統(tǒng)設(shè)定了4個評價維度，每個維度又進行細(xì)化，包括：根據(jù)教學(xué)大綱考核實驗程序性的理論知識評價;利用設(shè)置實驗操作單元評價標(biāo)準(zhǔn)來完成實驗技能評價;通過問卷調(diào)查法、行動研究法來評價思維創(chuàng)新和情感態(tài)度的評價。如圖2所示。

（二）? 指標(biāo)描述

1? 評價維度的確定

Ralph W.Tyler 認(rèn)為教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)程度是一個教學(xué)評價的過程。我們的實驗評價指標(biāo)是以學(xué)生的學(xué)習(xí)行為的變化規(guī)律為主去建立相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)評價指標(biāo)的，因此確定了：①理論知識考核維度，即學(xué)生針對理論知識可以用言語表達的陳述性知識，可以通過回憶、再現(xiàn)、復(fù)述知識內(nèi)容即可評定是否已經(jīng)掌握該知識，其中理論知識的指標(biāo)是屬于虛擬仿真實驗的知識儲備階段。②完成虛擬仿真實驗的核心要求是虛擬實驗技能階段虛擬實驗技能維度的考核，即學(xué)生通過模擬、練習(xí)而獲得的實驗操作的技能，是將理論應(yīng)用到解決實驗問題上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。③認(rèn)知策略與智慧技能的綜合體是思維創(chuàng)新，即為了解決更深和更高層次的問題將應(yīng)用所學(xué)理論知識和虛擬實驗技能進行更深度思考并應(yīng)用于其他方面的能力。④情感態(tài)度的變化是直接影響學(xué)習(xí)結(jié)果的因素，其主要反映學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的心理傾向和狀態(tài)。

2? 評價內(nèi)容的設(shè)計

綜合設(shè)計性虛擬仿真實驗評價內(nèi)容設(shè)計的宗旨是既保留傳統(tǒng)實驗評價體系中對實驗知識及操作部分的考查內(nèi)容，又要根據(jù)信息化在線實驗教學(xué)環(huán)境的特點所產(chǎn)生的特有的評價內(nèi)容。理論知識維度評價指標(biāo)是評價學(xué)生在實驗前的基本知識的掌握情況，包括：基本的實驗原理、實驗操作注意事項、實驗儀器應(yīng)用原理、實驗專業(yè)概念及專業(yè)術(shù)語等，根據(jù)理論知識的特性將評價方式分為實操的知識評價和理論性知識評價兩部分。而核心的評價指標(biāo)——虛擬實驗技能的評價，為了評價學(xué)生能否理解操作方法背后的原理并熟練掌握操作虛擬仿真實驗的技能，按照獨立拆分的實驗操作單元逐個進行，每個獨立的實驗操作單元都設(shè)置了實驗技能操作的評價指標(biāo)。為了提高學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于不同的領(lǐng)域和拓展問題中，設(shè)定了創(chuàng)新思維評價指標(biāo)，其評價的內(nèi)容也根據(jù)實驗?zāi)康脑O(shè)計包括了創(chuàng)新設(shè)計和實際應(yīng)用兩個層面。情感態(tài)度是通過問卷調(diào)查做出反饋性評價，包括對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)態(tài)度的調(diào)查，從而可以對評價系統(tǒng)進行改進和調(diào)整的評價過程。

3? 評價對象的設(shè)計

要想對綜合性虛擬仿真實驗進行全方位的評價，就要結(jié)合其在線性的特點，制定以學(xué)生評價為主，教師和平臺相結(jié)合的多元化的評價對象[12]。按照這個原則，設(shè)計了學(xué)生自評量表、教師的測評和意見量表、虛擬仿真實驗平臺自動收集的評定數(shù)據(jù)，這三個評價對象相結(jié)合的多元化評價體系[12]。首先，教師意見調(diào)查和學(xué)生的自評量表可以通過問卷完成。其次，教師的測評可以通過學(xué)生在線提交實驗報告，以及實驗問題的在線討論來測評學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。而學(xué)生在綜合設(shè)計性虛擬仿真實驗平臺完成實驗視頻學(xué)習(xí)的次數(shù)和時長、虛擬實驗操作步驟得分、與教師互動交流和討論的次數(shù)及作業(yè)提交情況等操作，可以由平臺自動記錄數(shù)據(jù)，這些實驗過程可被量化，從而作為評價系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

4? 評價方式的設(shè)計

綜合設(shè)計性虛擬仿真實驗評價系統(tǒng)是依據(jù)多元化理論和分類理論為指導(dǎo)，將過程性評價和效果性評價相結(jié)合。針對學(xué)生的基礎(chǔ)知識掌握程度、知識應(yīng)用能力和實驗技術(shù)操作能力、思維創(chuàng)新綜合能力的多個影響因素進行評價的全過程的評價系統(tǒng)[13]。評價方式既包括理論考試成績、實驗操作成績、實驗報告成績及平臺實驗視頻的學(xué)習(xí)次數(shù)和時長等這些可以量化評估的數(shù)據(jù)，也包括學(xué)習(xí)興趣、情感體驗等這些非量化的指標(biāo)，而這些非量化的指標(biāo)通過設(shè)計在線問卷調(diào)查、自評量表等進行量化評價。

四? 結(jié)束語

隨著科學(xué)信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，工作的技術(shù)含量不斷提高。有越來越多的用人單位要求工作者可以做到將理論應(yīng)用于實踐，理論聯(lián)系實際。這對高校人才培養(yǎng)也提出了更高的要求。要求高校的實踐教育具備更加完善、科學(xué)、可操作的評價體系和考核體系。而目前我國高校的實踐技術(shù)教學(xué)評價體系并沒有形成完備的標(biāo)準(zhǔn)，缺乏了科學(xué)性的過程性評價和可操作的教學(xué)效果評價。因此在高校教學(xué)中如何構(gòu)建科學(xué)的高校實驗教學(xué)評價體系的研究也顯得至關(guān)重要[13]。當(dāng)前，高校的實驗實踐課程大多是線下進行，而評價體系仍然以實驗報告和教師的主觀評價為主，學(xué)校則通過教師測評、師生互評、教師反饋等形式進行教學(xué)情況評價[13]。而缺乏對于線上的虛擬仿真實驗等實踐課程的關(guān)鍵因素評價，更缺乏可以量化的科學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)，課程評價往往忽視職業(yè)成長的可持續(xù)發(fā)展，缺乏有效的定量評價與有效的定性評價系統(tǒng)[13-14]。因此，建立完整、科學(xué)的虛擬仿真實驗評價體系對于促進虛擬實驗的構(gòu)建、改善虛擬實驗學(xué)習(xí)效果意義重大，也有利于提高在線實踐教育教學(xué)的效率。

參考文獻：

[1] 楊麗萍，葉鳳娟，潘明敏，等.虛擬仿真實驗技術(shù)背景下的《醫(yī)學(xué)綜合設(shè)計性實驗》課程設(shè)計[J].教育現(xiàn)代化，2020，7（32）：152-154，161.

[2] 孫本固.虛擬裝配中控制與交互的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2016.

[3] 瑤姚，張鑫.生物學(xué)模擬仿真實驗教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查問卷分析報告[J].青海教育，2019（Z1）：84-85.

[4] 叢培瑋，郭雋馥，李鄉(xiāng)南，等.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗技能虛擬仿真平臺構(gòu)建及量化考核研究[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2021，23（3）：202-204.

[5] 張咪，孫力.虛擬仿真實驗學(xué)習(xí)評價體系研究[J].中國成人教育，2020（8）：51-54.

[6] 王江.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程性評價的研究與設(shè)計[D].武漢：華中師范大學(xué)，2017.

[7] 王剛.陶瓷藝術(shù)設(shè)計虛擬仿真實驗教學(xué)的實踐探索[J].高教學(xué)刊，2019（2）：97-99.

[8] 曹睿陽，孫力.虛擬環(huán)境下遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)行為意向影響因素研究——以UTAUT為基礎(chǔ)之模型構(gòu)建[J].中國成人教育，2019（2）：3-6.

[9] 王茹玉，張治國.淺析因材施教的教學(xué)原則[J].新西部（理論版），2014（16）：117，116.

[10] 劉靜波.學(xué)習(xí)結(jié)果的類型及其相互關(guān)系[J].中小學(xué)教師培訓(xùn)，2019（9）：69-73.

[11] 張咪.虛擬仿真實驗環(huán)境中學(xué)習(xí)評價指標(biāo)體系研究[D].無錫：江南大學(xué)，2020.

[12] 李建設(shè).基于多元智能理論的物理實驗教學(xué)評價內(nèi)容設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30（7）：143-146.

[13] 陳蕾，黃睿，黃志平.高職院校實踐課程評價體系構(gòu)建[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2021（11）：61-64.

[14] 常昊，吳一楠，田亞平.基于MOOC的大學(xué)環(huán)境教育通識課程學(xué)習(xí)績效評價體系構(gòu)建——以衡陽師范學(xué)院《環(huán)境教育概論》MOOC為例[J].衡陽師范學(xué)院學(xué)報，2015，36（6）：118-122.

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)哲學(xué)社會科學(xué)研究項目“教育信息化背景下生理學(xué)模擬仿真綜合設(shè)計性實驗平臺的建設(shè)和應(yīng)用”（ZSZX21114）;內(nèi)蒙古自治區(qū)教育廳“十四五”規(guī)劃課題“基于學(xué)生的視角構(gòu)建高校在線開放課程的評價體系研究”（NGJGH2021463）

第一作者簡介：褚震芳（1983-），女，回族，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，碩士，副教授，執(zhí)業(yè)藥師。研究方向為生理及藥理學(xué)。

*通信作者：王劍飛（1984-），男，漢族，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，碩士，高級獸醫(yī)師，執(zhí)業(yè)獸醫(yī)師。研究方向為動物疫病防控。